Magnetfält
Magnetfält behandlas inom fysiken som vektorfält, vilka beskriver krafterna mellan magneter och strömförande elektriska ledare. Vektorfält kan åskådliggöras med hjälp av pilar av olika längd och riktning eller med fältlinjer, där fältstyrkan är proportionell mot linjetätheten. Magnetiska fält kan experimentellt synliggöras med hjälp av järnfilspån, vilka ställer in sig i fältlinjernas riktning. Magnetiska fält produceras av rörliga elektriska laddningar och inneboende magnetiska moment hos elementarpartiklar, där momenten är associerade med en fundamental kvantmekanisk egenskap, deras spinn. Inom den speciella relativitetsteorin, är förhållandet mellan associerade elektriska och magnetiska fält beroende av den relativa hastigheten mellan observatör och elektriska laddningar. Inom kvantfysiken är det elektromagnetiska fältet kvantiserat och växelverkan sker genom utbyten av fotoner. Det magnetiska fältet kan definieras på flera ekvivalenta sätt beroende på hur det påverkar sin omgivning. där v är partikelns hastighet och × betecknar kryssprodukten. Vektorn B benämns det magnetiska fältet och är definierad som det vektorfält som är nödvändigt för att Lorentz kraftlag korrekt skall beskriva en laddad partikels rörelse. Alternativt, kan det magnetiska fältet beskrivas i termer av det vridmoment det orsakar på en magnetisk dipol. Förutom B-fältet, finns ett annat fält, H-fältet, vilket också kallas magnetiskt fält. I vakuum är B och H proportionella där proportionalitetskonstanten endast beror på att olika enheter används. Inuti ett material är de dock olika. B-fältet, magnetstyrka, är ett av två sätt att betrakta magnetfält (det andra sättet är H-fältet). B-fältet mäts i SI-enheten tesla (T = Wb/m²) eller i cgs-enheten gauss (1 T = 10 000 Gauss). Tesla (T) är en förhållandevis stor enhet. Elektromagneter med järnkärna kan bara åstadkomma fält på någon tesla. Ofta använder man µT (mikrotesla, en miljondels tesla). Jordens magnetfält har styrkan 50 till 100 µT (0,5 gauss till 1 gauss). Det magnetiska flödet (ofta betecknat med en stor grekisk bokstav fi Φ) mäts i Internationella måttenhetssystemet (SI) i Weber = volt·sekund. Det kanske enklaste exemplet på förekomsten av ett B-fält är det magnetiska fältet i omgivningen av en rak elektrisk ledare. Den danske fysikern Hans Christian Ørsted upptäckte att en magnetnål ställde in sig vinkelrätt mot en strömförande lednings riktning, vilket indikerade att magnetfält skapas av laddningar i rörelse. För punkten A kan det magnetiska fältet beräknas som. där v är partikelns hastighetsvektor, ur är riktningsvektorn till A och r är avståndet från laddningen till punkten A. Om vinkeln θ är noll är också B-fältet noll. H-fältet, magnetiseringsstyrka, är det andra sättet att betrakta magnetfält. H-fältet mäts i A/m och ses som orsakad av fria strömmar, medan B är orsakad av både elektriska strömmar och magnetiska ämnens magnetisering. I vakuum finns ingen magnetisering och därför gäller i SI. Värdet av den magnetiska konstanten μ0 (i vakuum lika med permeabiliteten μ) är genom Ampères lag en följd av enheten amperes definition. Den precision som kan uppnås med Gravity Probe B-experiment är 5 attotesla (5 10-18 T). Det starkaste magnetfältet producerat i ett laboratorium är 2.8 kT (VNIIEF, Sarov, Ryssland, 1998). Den magnetiseringsstyrkan för vissa astronomiska objekt sådana som magnetarer är mycket högre, magnetarer varierar mellan 0.1 till 100 GT (108-1011 T). I den magnetiska polmodellen är den elementära magnetiska dipolen m bildad av två motsatta magnetiska poler av styrkan qm och separerade av en mycket liten avståndsvektor d, så att m = qmd. där integralen är en ytintegral över den slutna ytan S (en sluten yta omger ett område helt). Eftersom dA pekar utåt, är skalärprodukten i integranden positiv då B-fältet pekar ut från ytan och negativ då B-fältet pekar in. där μ är den materialberoende permeabiliteten.
Magnetisk rekonnektion
Magnetisk rekonnektion eller magnetisk omkoppling (engelska magnetic reconnection) är i plasmafysiken en process där energi bunden i ett magnetfält frigörs och omvandlas till rörelseenergi och värme. Vid rekonnektion kan stora mängder energi som lagrats under lång tid frigöras på mycket kort tid, och därmed driva spektakulära rymdplasmafenomen som koronamassutkastningar, flarer och geomagnetiska substormar. Stundtals används benämningen magnetisk återkoppling, vilken kan leda till sammanblandning med det systemteoretiska begreppet återkoppling, vanligt använd inom reglerteknik och fysik, och därför bör undvikas. Beteckningen rekonnektion kommer från en mental bild av processen, där magnetiska fältlinjer "klipps av" varefter ändarna "återknyts", på engelska reconnects. Fältlinjer är bara idealiseringar, inte verkligt existerande fysikaliska objekt, och dessutom kan de på grund av Gauss lag inte ha några ändar. Trots detta fungerar den mentala bilden för att beskriva vad som händer när plasman med motriktade magnetiska fält möts, som i bilden till höger, där magnetfältet (svarta kurvor med pilar) är riktat åt vänster i övre halvan och åt höger i nedre. Magnetfältet "infruset" i plasmat överallt utom i mitten av "krysset", där rekonnektion pågår. Plasma med vidhängande magnetfältlinjer flödar in (blå pilar) mot rekonnektionsområdet uppifrån och nerifrån. Rekonnektionen i mitten ger magnetfältlinjer med förändrad geometri (de går nu i vertikal snarare än horisontell ledd), och plasmat flödar ut åt sidorna. I processen omvandlas energi som varit lagrad i magnetfältet till rörelseenergi: plasmat som strömmar ut accelereras och värms upp.
Antimateria
vilket betyder att energi kan lånas från ingenting under en kort tidsrymd. Antipartiklar postulerades först av Paul Dirac 1928, när han omformulerade Schrödingers vågekvation för att göra denna Lorentzinvariant. Dirac fann att då speciella relativitetsteorin och schrödingerekvationen stöptes samman uppstod två ekvivalenta lösningar så när som på ett minustecken. Dirac tolkade då den negativa lösningen som bevis för antipartiklar. Elektronens antipartikel påvisades några år senare av svenskamerikanen Carl D. Anderson. Länge såg man antimateria som något rent teoretiskt, men med Andersons upptäckt 1932 av positronen kom det första beviset för att antimateria verkligen existerade. En positron är en elektron med motsatt laddning (det vill säga positiv). Antiprotonen och antineutronen upptäcktes 1955 av Emilio Segrè och Owen Chamberlain. Efter dessa upptäckter har existensen av antimateria verifierats mycket övertygande och produktionen av antimateria är idag något som rutinmässigt görs i till exempel partikelacceleratorer. I CERN pågår experiment för att undersöka om en väteatom (en proton och en elektron) och dess antipartikel (en antiproton och en antielektron) har samma spektrum. Man lyckades 1995 producera ett tiotal antiväteatomer. Dessa existerade endast i 40 nanosekunder, vilket beror på att antimateria och materia annihilerar varandra när de får kontakt. Man kan alltså inte förvara antimateria på grund av detta, eftersom det inte får ha någon kontakt med materia alls. Det har forskargruppen på CERN löst genom att förvara antivätet svävande i en fälla av magnetfält och elektriska fält. Man har efter detta producerat stora mängder antiväte, och man vill undersöka dessa antiatomers spektrum för att se om de, som teorin förutsäger, har exakt samma spektrum. Den 17 november 2010 publicerade Nature en artikel som beskriver att ALPHA-gruppen blev de första i världen som lyckades att fånga antiväte-atomer via magnetiska fält. Man lyckades fånga 38 atomer av antiväte för runt en sjättedels sekund. Det var den första gången som neutral antimateria fångats. Förmodligen bildades lika mycket antimateria som materia vid Big bang, varefter det mesta av materian och antimaterian kolliderade och annihilerade varandra. Det måste dock ha funnits en mycket liten asymmetri, det vill säga det måste ha funnits en aning mer materia än antimateria. Det är denna materia som är den materia vi idag kan se i universum. Om detta hade Klein-Alfvéns kosmologi en annan uppfattning (i detta sammanhang kallas ibland vanlig materia koinomateria för distinktionens skull). Frågan har förbryllat forskare länge, och är något som man fortfarande inte löst på ett tillfredsställande sätt. Antipartiklar bildas varhelst i kosmos närhelst en kollision inträffar mellan högenergetiska partiklar. Detta händer i vår atmosfär, när kraftig kosmisk strålning tränger in. Man är inte säker på om antimateria i övrigt finns "naturligt" i universum. Om det fanns antimateria i någon region i universum, skulle man se resultatet genom intensiv strålning från annihilationer vid gränsen av antimateriaregionen, men någon sådan strålning har man ännu inte observerat vid genomförda ballongförsök och satelliter. 1977 trodde man sig ha funnit ett moln av antimateria i Vintergatans mitt, men detta är inte verifierat. Man har aktivt sökt efter anti-helium-kärnor i kosmisk strålning som skulle kraftigt antyda existensen av stjärnor bestående av antimateria, men sådana partiklar har inte hittats. Hittills utförda mätningar på utomjordiska källor har genomförts med stratosfärballonger i polartrakterna, som för upp sin nyttolast i form av detektorer till sådan höjd att observationer blir meningsfulla.
Per Erik Boivie
Per Erik Boivie, född 12 augusti 1938 i Gävle, är en svensk facklig innovatör och entreprenör, som grundade Tjänstemännens centralorganisations globala användar- och miljöcertifiering av IT-utrustning. Boivie är uppvuxen Sollentuna. Han är byggnadsingenjör (STI) och fil. kand. efter studier i pedagogik, psykologi och sociologi vid Stockholms universitet, samt promoverad till filosofie hedersdoktor vid Uppsala universitet. Hans yrkesbana inleddes 1955 som 17-åring i byggbranschen som timmermanslärling och fortsatte som byggnadskontrollant och senare utbildningsledare. Hans fackliga bana inom Tjänstemännens Centralorganisation (TCO) startade som arbetsmiljöombudsman vid TCO-K 1973 och fortsatte 1976 till ombudsman inom medbestämmande och IT-utveckling sedan utvecklingschef 1992–1998 vid TCO. Därefter verkar han som egenföretagare - konsult och författare - med fokus på hållbara produktions- och konsumtionsmönster. TCO Certified är sedan 25 år tillbaka ett ledande varumärke globalt för hållbarhetscertifiering av IT-produkter. Runt om i världen sitter hundratals miljoner människor och arbetar med dessa IT-verktyg från ledande varumärken som Dell, Hewlett-Packard, Samsung, Sony, Lenovo etc. De flesta IT-användare är dock ovetande om att dess produkter utvecklats i dialog med en svensk facklig organisation och dess samarbetspartners, forskare och experter. TCO Certified utvecklades till en svensk innovation i paritet med andra svenska IT-framgångar som Skype, Spotify och Gapminder. TCO-initiativet innebar något nytt i två avseenden. Den första generationen TCO Certified lanserades globalt i Berlin 1992 av Boivie vid TCO:s utvecklingsenhet samt företrädare för dess samarbetspartners Naturskyddsföreningen (SNF), Nutek och Semko. I december 2018 lanseras den åttonde generationen i Bryssel av TCO Development (TCO:s helägda bolag som bildades 1998). I början av 1980-talet introduceras alltfler datorer inom industri, kontor och handel. De så kallade "tjockskärmarna" med mörk bakgrund baserade på katodstrålerörteknik för persondatorer och terminaler dominerade. Det ledde till arbetsmiljö/hälsoproblem för användarna. Och ju längre tid framför skärmen desto mer ökade ögonbesvär liksom belastningsskador i rygg, axlar och armar. Orsaken var bland annat dålig bildkvalitet (flimmer, reflexer, bristande teckenskärpa etc). Till det kom att skärmarna genererade elektriska, elektrostatiska och magnetiska fält. Forskarna var oeniga om dessa fält kunde påverka datoranvändarnas hälsa och till och med orsaka fosterskador på gravida kvinnor. Debatten om arbetsmiljöproblemen inklusive elöverkänslighet, vid bildskärmsarbete gick hög. Och fackliga krav ställdes på att genom kollektivavtal – den traditionella fackliga vägen att lösa problem på arbetsplatserna – söka begränsa tiden framför skärmen. Men grundproblemen var teknikens utformning och den kunde bara utvecklas genom att tillverkarna/leverantörerna motiverades att utveckla en bättre användaranpassad teknik. För att sätta tryck på IT-företagen globalt mobiliserade TCO sina datoranvändande medlemmar att delge sina erfarenheter av tekniken och ge feedback direkt till leverantörerna. För detta ändamål utvecklades under Boivies ledning 1986 Bildskärmsprovaren. Den bestod av ett utvikningsbart ark med fakta och illustrationer av 22 olika ergonomiska egenskaper hos skärmar och tangentbord. Varje beskriven egenskap följdes av en fråga till användaren som skulle besvaras i ett användarprotokoll. Ett särskilt leverantörsprotokoll ingick också som tillsammans med ifyllda användarprotokollet skulle skickas direkt till leverantören. Initiativet blev en global succé och Screen Checker översattes till engelska, tyska, franska, holländska, finska, norska, danska och japanska och spreds ut på arbetsplatser runt om i världen. Därigenom fick leverantörerna feedback på hur deras produkter fungerade på arbetsplatserna, inte bara i Sverige, utan också runt om i världen.
Elektrostatik
Elektrostatik är läran om hur elektriska laddningar i vila påverkar varandra. Om laddningarna är i rörelse uppkommer även ett magnetfält. Studiet av magnetiska fält och laddningar i rörelse kallas elektrodynamik. Grundläggande inom elektrostatiken är Coulombs lag: två punktladdningar i vila påverkar varandra med kraften. I verkligheten uppträder laddningar utbredda i ledande material. Mer avancerad elektrostatik handlar därför bland annat om hur utbredda laddningar påverkar varandra. Sådana beräkningar förenklas ofta av att man betraktar ett "elektriskt fält" som uppkommer av den ena laddningen, och hur det påverkar den andra laddningen. Det elektriska fältet påverkas också av olika material som finns mellan laddningarna.
Solfläckscykeln
En ny cykel ska ha börjat år 1793. Denna upptäckt kortar ner den genomsnittliga längden till cirka 10,66 år. Cykler så korta som 7 år och så långa som 14 år har observerats. Betydande variationer i amplituden förekommer också. Sol- maximum och sol- minimum avser de perioder med mest respektive minst solfläcksaktivitet i solcykeln. Efter Wolfs numrerade schema, har cykeln mellan 1755 och 1766 traditionellt blivit numrerad som "1". Under perioden 1645-1715 observerades väldigt få solfläckar. Detta är ett särdrag som till skillnad från artefakt grundad på oönskad dataförändring, istället beror på att data saknas och tiden sammanfaller med den lilla istiden. Det var en märklig händelse som först noterades av Gustav Spörer och blev sedan grundligt utforskad av Edward Walter Maunder. Epoken blev känd som Maunders minimum. Under andra hälften av artonhundratalet noterade också Spörer tillsammans med Richard Christopher Carrington att med solfläckscykelns gång, uppträder solfläckar först i medellatituderna (latituder omkring 30 grader) och sedan närmare och närmare ekvatorn tills sol-minimum nås. Detta mönster visualiseras bäst med hjälp av fjärilsdiagram, som först konstruerats av E. Walter Maunder och hans fru Annie Maunder (se grafen till höger). Den fysiska grunden för solcykeln var klarlagd i början av nittonhundratalet av George Ellery Hale med medarbetare, som 1908 visade att solfläckar var starkt magnetiserade. Detta var den första upptäckten av magnetiska fält utanför jorden. 1919 påvisades att den magnetiska polariteten för solfläckspar. Hales observationer visade att solcykeln är en magnetisk cykel med en genomsnittlig löptid på 22 år. Men eftersom nästan alla yttringar av solcykeln är okänsliga för magnetisk polaritet återstår det vanligt förekommande att tala om "11-åriga solcykeln". Harold Babcock och hans son Horace Babcock visade att solens yta är magnetiserad även på utsidan av solfläckar, som också genomgår polaritetreverseringar med samma period som solfläckscykel (se grafen nedan). Dessa olika iakttagelser fastställer att solcykeln är en spatiotemporalmagnetisk process som utvecklar sig över solen som en helhet. Fläckar från olika cykler kan existera samtidigt under en tid, och eftersom man har upptäckt att solen växlar polaritet från en halv solcykel till nästa, kan man skilja på fläckar från olika cykler. Det tar några månader för ett definitivt beslut om det verkliga datumet för solminimum att tas, vilket tillkännages av de berörda expertmyndigheterna. En av huvudmyndigheterna är SIDAC (the Solar Influences Data Analysis Center) som ligger i Belgien, och samarbetar med till exempel NASA och ESA. Den viktigaste informationen idag kommer från SOHO (ett projekt med internationellt samarbete mellan ESA och NASA) såsom MDI magnetogrammet, där solens "ytliga" magnetfält kan ses. Man debatterar fortfarande om de grundläggande orsakerna till variationer av solaktiviteten och solcykler. Några forskare tänker att det är en koppling mellan tidvatteneffekter och gasjättarna Jupiter och Saturnus eller också solens tröga rörelser. Solens magnetfält strukturerar solens atmosfär och yttre lager hela vägen från koronan till solvinden. Magnetfältets variationer kan leda till en mängd olika fenomen som tillsammans kallas solaktivitet. All solaktivitet anpassas efter solens magnetiska cykel, eftersom magnetismen fungerar som energikälla och dynamisk motor för solaktiviteten. Solfläckar kan existera frånågra dagar upp till några månader, men till slut kommer de att förstöras. När de gör det frigörs magnetism i solens fotosfär. Det här magnetfältet skingras och rörs om med turbulent konvektion och storskaligt solflöde. De här transportmekanismerna leder till ackumulation av de magnetiserade sönderfallsprodukterna vid höga sollatituder, och så småningom växlar polariteten av polära fält (se hur de blå och gula fälten växlar i diagrammet ovan).
